تست چکش اشمیت

آزمایش استاندارد برجهندگی بتن سخت شده یا تست چکش اشمیت با کد ASTM C805 به عنوان یکی از انواع تست های درجا و غیر مخرب بتن است که برای اولین بار در سال ۱۹۷۵ توسط ارنست اشمیت ارائه شد و در سال ۱۹۷۹ پذیرفته شد. این تست برای آزمون کیفیت بتن سطح در سازه های بتنی و ارزیابی مقاومت سازه به کار می رود و به نام های چکش بازتاب، چکش ضربه آب، چکش سوئیسی، چکش ارتجاعی یا آزمایش سنجش سختی نیز شناخته می شود. در این آزمون ”عدد پس جهندگی“ که به مقاومت ملات بتن بدون سنگدانه های درشت نزدیک سطح بستگی دارد، اندازه گیری می شود.

چکش اشمیت یکی از رایج ترین و پرمصرف ترین ابزارهای ضربه زنی است، که در صورت استفاده صحیح می تواند وسیله ای با ارزش باشد. به هنگام استفاده از این روش محدودیت های آن باید شناخته شده باشد و به هنگام کاربرد باید مدنظر قرار گیرد. این روش را نمی توان به عنوان جایگزین آزمایش فشاری استاندارد استفاده نمود بلکه روشی  در جهت تعیین یکنواختی بتن در سازه و یا مقایسه تغییر کیفیت بتن در نقاط مختلف یک سازه است. تقریب مقاومت بتن با چکش ارتجاعی با دقتی در حدود (۱۵ تا ۲۰)± درصد آن هم برای بتن هایی که تحت شرایط یکسان عمل آوری و آزمایش می شوند امکان پذیر است. چکش باید همواره عمود بر سطح آزمایش شود، همچنین این وضعیت چکش نسبت به افق روی عدد برجهندگی اثر می گذارد، این امر به دلیل اثر جاذبه روی حرکت جرم می تواند منجر به نتایج نادرستی گردد.

استفاده از روش تست چکش اشمیت برای اندازه گیری مقاومت بتن بسیار سریع و آسان است اما عوامل بسیاری وجود دارند که می توانند اثرات منفی در مقدار مقاومت اندازه گیری شده داشته باشد و لازم است در نظر گرفته شوند. رطوبت نمونه ها، سن و اندازه آنها و دانه های سنگی زبر و خشن از این دسته عوامل می باشند.
این روش آزمایش معمول ترین و ساده ترین روش برای ارزیابی کیفیت بتن می باشد که شامل ارزیابی سختی سطح بتن توسط یک دستگاه کوچک دستی می باشد. البته نوع الکترونیکی این دستگاه (با ثبت کننده دیجیتالی) نیز در دسترس قرار گرفته است.

این آزمایش بر این اساس است که برگشت یک جسم الاستیک بستگی به سختی سطحی دارد که جرم با آن برخورد می کند. در چکش اشمیت جرمی متصل شده به فنر وجود دارد که با کشیدن فنر تا نقطه مشخصی مقدار انرژی ثابتی به آن داده می شود این کار با فشار دادن چکش به سطح صاف بتن انجام می شود. بعد از آزاد کردن ، جرم تحت اثر بازتاب میله چکش قرار می گیرد و مسافتی که توسط جرم طی می شود، بر حسب درصدی از انبساط اولیه فنر بیان می شود که عدد بازتاب نامیده می شود. این مقدار توسط یک نشانه که در طول یک مقیاس مدرج است حرکت می کند نشان داده می شود. عدد بازتاب یک اندازه مطلق است چون به انرژی ذخیره شده در فنر و به اندازه جرم وابسته می باشد. مطالعات نشان داده است که سختی نمونه های بتنی با مقاومت تک محوری و مدول کشسانی آنها در ارتباط است. در واقع سختی یکی از مفاهیم رایج است که برای توصیف رفتاری انواع بتن ها به کار می رود.

چکش اشمیت دارای یک میله فولادی است که در تماس با سطح بتن قرار داده می شود . در داخل چکش وزنه ای وجود دارد که با مقدار انرژی معینی بر میله فولادی ضربه می زند . پس از ضربه زدن، وزنه باز می شود و در همین حال، شاخص متصل به وزنه مقدار بازگشت را نشان می دهد. در واقع عدد بازگشت همان فاصله برگشت وزنه است که نتایج بر حسب آن گزارش شده و توسط منحنی کالیبره به مقاومت فشاری بتن ارتباط داده می شود. منحنی کالیبره برای مقاومت فشاری در این روش دارای حساسیت بسیار بالایی بوده و تحت تأثیر عوامل متعددی از جمله نوع و مقدار سیمان ، نوع سنگدانه ، میزان رطوبت ، سن بتن ، درجه کربناسیون و حتی امتداد آزمایش قرار می گیرد.

با توجه به نظریه کلک و ملهوترا یک رابطه عمومی بین مقاومت فشاری بتن و تعداد برجهندگی چکش برقرار است که به طور متوسط دارای ضریب تغییراتی برای تعیین مقاومت فشاری در حدود ۸/۱۸ درصد می باشد. همچنین دقت تخمین مقاومت فشاری نمونه هایی که تحت شرایط آزمایشگاهی عمل آوری شده اند، با یک چکش کالیبره شده در حدود (۱۵ تا ۲۰)± درصد می باشد. به هر حال دقت ممکن برای مقاومت فشاری در سازه در حدود۲۵± درصد می باشد.

توصیه می گردد این آزمون حداکثر تا ۳ ماه پس از ساخت استفاده شود.

عوامل مؤثر در نتایج این روش

۱-نوع سیمان
۲-عیار سیمان
۳-نوع درشت دانه
عوامل دیگر جرم، فشردگی، نوع سطح، سن، عمل آوری، کربناته شدن سطح، شرایط رطوبتی ، حالت تنش و دمای حاکم بر خود سازه می باشند. لذا هرگونه تخمین یا مقایسه مقاومت در صورتی معتبر خواهد بود که این عوامل برای بتن مورد بررسی و نمونه های کالیبراسیون، استاندارد گردند.
از تست چکش ارتجاعی برای ارزیابی مقاومت فشاری نسبی بتن بهره برده می شود. استانداردهای IS 13311 (بخش ۲)، BS 6089-81، , ASTM C805 (1985),BS 1881-202 معیارهای این آزمایش را تعریف کرده اند.

مراحل انجام آزمایش چکش اشمیت

پیستون چکش اشمیت بر روی سطح نمونه قرار می گیرد و با فشار دادن چکش، پیستون به درون چکش فرو میرود. انرژی در فنر ذخیره می شود و به طور اتوماتیکی در هر سطح انرژی که از قبل تعیین شده، آزاد می شود و جرمی بر روی استوانه برخورد میکند. ارتفاع عکس العمل جرم بر روی درجه ای به عنوان سختی قابل اندازه گیری است. این ابزار قابل حمل است و هم در صحرا و هم در آزمایشگاه می توان استفاده کرد.برای ارزیابی مقاومت یک سازه بتنی، چکش باید روی سطح صاف، ترجیحاً سطحی که در موقع بتن ریزی در تماس با قالب بوده است، قرار گیرد. این آزمایش به تغیرات موضعی در بتن حساس می باشد. برای مثال وجود ذرات درشت دانه درست زیر پیستون باعث نمره زیاد و غیر طبیعی می شود.بر عکس وجود حفره کوچکی در زیر پیستون سبب حصول نتیجه کم خواهد شد.

مفهوم عدد بازگشت چکش در تست چکش ارتجاعی

در تست چکش ارتجاعی، پیستون فنری چکش ارتجاعی بر روی سطح بتن فشرده شده و سختی سطح طبق یک مقیاس درجه بندی شده اندازه گیری می شود. این مقدار موسوم به عدد بازگشت چکش است. البته از آن با نام شاخص بازگشت نیز یاد می شود. بتنی که حاوی مقاومت فشاری و سختی کوچکی باشد، دارای عدد یا شاخص بازگشت کوچکتری نیز هست.
رابطه زیر به کمک روش برازش منحنی به شیوه کمترین مربعات مورد تحلیل قرار گرفت. این رابطه که ارتباط مقاومت فشاری بتن و عدد بازگشت را نشان می دهد به صورت زیر می باشد.

که در آن R، عدد بازگشت ،fc، مقاومت فشاری بتن بر حسب کیلوگرم بر سانتی متر مربع  و a,b ضرایب تجربی هستند که برای بتن های مختلف و در شرایط متفاوت تغییر می کنند.

نتایج

مقاومت اندازه گیری شده به روش ”چکش اشمیت“، با کاهش ضخامت، دچار کاهش گردیده در صورتیکه نوع بتن تمام نمونه ها یکسان بوده است. علت این امر را می توان به ارتعاش زیادتر نمونه های کم ضخامت و کم جرم هنگام برخورد ضربه ”چکش اشمیت“ دانست. بنابراین هنگام استفاده از ”چکش اشمیت“، باید کاملاً به این نکته توجه نمود.

سوالات متداول